JP5555677B2 - 車載センサ、自動車用制御装置、自動車制御システム - Google Patents

Description

本発明は、車載センサが検出した検出信号を自動車制御装置に送信し、その検出信号を復元する技術に関する。

従来、センサが検出した情報をパルス変調して送信する際には、下記特許文献１に記載されているように、パルス変調信号をそのまま伝送線路を通してセンサから制御装置に伝送している。また必要に応じて、下記特許文献２に記載されているような技術を用いて、ノイズ対策のため伝送波形を鈍らせる場合もある。

下記特許文献３には、パルス幅変調と周波数変調を併用して情報を送信するセンサに関する技術が記載されている。下記特許文献４には、パルス長を用いて、同期パルスと情報パルスを区別する技術が記載されている。

特開平０５−１６４５８３号公報 特開平０１−０３５２１８号公報 特開２００４−２０５２８３号公報 特表平１１−５１３２３１号公報

上記各特許文献に記載されている技術では、伝送線路上における損失や、ノイズ対策のために波形を鈍らせることにより、伝送波形が歪み、送信したパルスのエッジ部分を受信側で誤検出する可能性がある。これにより、受信側において誤った時比率を認識し、情報を誤って解釈してしまう可能性がある。伝送線路の品質が比較的良好である場合であっても、電磁ノイズの放散を防止するために送信波形を意図的に鈍らせる必要が生じる場合があり、この場合は結果として上記と同様の課題が生じ得る。
本発明は、車載センサと自動車用制御装置の間の伝送経路における影響により伝送波形が歪む場合でも、車載センサが送信した情報を精度よく復元することを目的とする。

本発明に係る車載センサは、検出結果を時比率変調して生成したパルス波形の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジを起点として立ち上がる１ショットパルスを、受信側へ送信する。

本発明に係る車載センサは、時比率変調パルスの立ち上がりエッジと立ち下がりエッジを１ショットパルスとして送信するので、車載センサと自動車用制御装置の間の伝送経路における影響により伝送波形が歪む場合でも、車載センサが送信した情報を精度よく復元できる。

実施形態１に係る自動車制御システム１００の構成図である。 図１に示す各信号の波形を示す図である。 図２の信号Ｄ４〜Ｑ４までの詳細を示す図である。 実施形態２に係る自動車制御システム１００の構成図である。 実施形態３に係る自動車制御システム１００の構成図である。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る自動車制御システム１００の構成図である。自動車制御システム１００は、自動車を制御するためのシステムであり、車載センサ１０、自動車用制御装置５０を備える。

車載センサ１０は、自動車に搭載されたセンサであり、検出回路２、時比率変調回路２０、１ショットパルス生成部３０、出力信号送信部４０を備える。１ショットパルス生成部３０はさらに、立ち上がり１ショットパルス生成部３１、立ち下がり１ショットパルス生成部３２を備える。

検出回路２は、車載センサ１０が検出する対象である、当該自動車の物理パラメータ（例えば温度、流体流量、電圧、電流など）を検出する。時比率変調回路２０は、検出回路２が検出した物理パラメータを時比率変調して時比率変調信号Ｄ０を生成する。

立ち上がり１ショットパルス生成部３１は、時比率変調信号Ｄ０の立ち上がりエッジを検出し、同時点において立ち上がる１ショットパルスＱ１を生成する。立ち下がり１ショットパルス生成部３２は、時比率変調信号Ｄ０の立ち下がりエッジを検出し、同時点において立ち上がる１ショットパルスＱ２を生成する。ここでいう１ショットパルスとは、任意のパルス幅を有する単発のパルス（連続パルスではない）のことである。

立ち上がり１ショットパルス生成部３１と立ち下がり１ショットパルス生成部３２がそれぞれ生成する１ショットパルスは、時比率変調信号Ｄ０の立ち上がりと立ち下がりをそれぞれ表しているので、これら１ショットパルスを用いて、時比率変調信号Ｄ０の立ち上がりから立ち下がりまで、すなわち時比率を表現することができる。立ち上がりと立ち下がりを区別し易くするため、立ち上がり１ショットパルス生成部３１が生成する１ショットパルスのパルス幅と、立ち下がり１ショットパルス生成部３２が生成する１ショットパルスのパルス幅は、互いに異なっていると受信側にとって便宜であるが、これに限られるものではない。具体例は後述の実施形態２で説明する。

１ショットパルスＱ１とＱ２は、加算器によって加算され、加算信号Ｄ２として出力信号送信部４０に入力される。出力信号送信部４０は、加算信号Ｄ２を車載センサ１０の出力信号Ｐｏとして、自動車用制御装置５０に送信する。ノイズ対策などのため、必要に応じて、加算信号Ｄ２の波形を鈍らせる波形平滑化手段を設けてもよい。以下では加算信号Ｄ２を鈍らせることを前提とする。

自動車用制御装置５０は、車載センサ１０が検出した物理パラメータを用いて自動車の動作を制御する装置であり、分周回路５１、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５４を備える。分周回路５１はさらに、遅延回路５２、ラッチ回路５３を備える。
自動車用制御装置５０は、適当な受信回路を用いて、車載センサ１０が送信した出力信号Ｐｏを受信し、波形整形して信号Ｄ４を生成する。

分周回路５１は、信号Ｄ４を分周する。具体的には、自動車用制御装置５０が出力信号Ｐｏを受信してから、遅延回路５２によって生じる遅延時間だけ遅延した時刻において、ラッチ回路５３がその時点における信号Ｄ４の値を取得する。ラッチ回路５３は、信号Ｄ４の値を取得する毎に、出力信号Ｑ４を反転させ、ＣＰＵ５４に出力する。出力信号Ｑ４を次回反転させるまでの間の値は保持される。
ＣＰＵ５４は、出力信号Ｑ４のパルス時比率に基づき、車載センサ１０が送信した信号を復調することができる。

図２は、図１に示す各信号の波形を示す図である。信号Ｄ２は、時比率変調信号Ｄ０の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジをそれぞれ表す１ショットパルスを含んでいる。出力信号Ｐｏは、波形平滑化手段または伝送経路の影響により、信号波形がひずんでいるものの、立ち上がりパルスから立ち下がりパルスまでの時間幅、すなわち時比率変調信号Ｄ０の時比率は保たれている。

ラッチ回路５３は、遅延回路５２が出力する遅延信号Ｑ３が立ち下がった時点で、信号Ｄ４の値を取得し、遅延信号Ｑ３が次回立ち下がるまで保持する。遅延信号Ｑ３は、自動車用制御装置５０が出力信号Ｐｏを受信してから、所定の遅延時間だけ遅延した時点で立ち下がるので、立ち上がりパルスまたは立ち下がりパルスがそれぞれ立ち上がる時点と、ラッチ回路５３が信号Ｄ４の値を取得する時点との間には、同遅延時間分だけの時間差があることになる。

図２に示す波形例においては、遅延信号Ｑ３が最初に立ち下がった時点ではＤ４はＨｉであるため、出力信号Ｑ４はこの時点でＨｉになる。遅延信号Ｑ３が次に立ち下がった時点ではＤ４はＬｏであるため、出力信号Ｑ４はこの時点でＬｏになる。これらの間の時間帯における出力信号Ｑ４の値は、ラッチ回路５３内で保持される。

図３は、図２の信号Ｄ４〜Ｑ４までの詳細を示す図である。立ち上がり１ショットパルス生成部３１が生成するパルス幅Ｔ１、立ち下がり１ショットパルス生成部３２が生成するパルス幅Ｔ２、遅延回路５２が生じさせる遅延時間Ｔ３の関係は、Ｔ１＞Ｔ３＞Ｔ２となっている。すなわち、遅延時間Ｔ３の値は、各１ショットパルスのパルス時間幅の中間的な値になるようにセットされている。この理由について説明する。

遅延信号Ｑ３は、最終的な復調パルスである出力信号Ｑ４をどの時点で立ち上げ、または立ち下げるかを指定する信号である。したがって、立ち上がりパルス（信号Ｄ４のうちＱ１に相当する部分）が立ち上がってから立ち下がるまでの間にＨｉレベルの信号Ｄ４を取得して出力信号Ｑ４を立ち上げるため、Ｔ１＞Ｔ３である必要がある。また、立ち下がりパルス（信号Ｄ４のうちＱ２に相当する部分）がいったん立ち上がってから立ち下がった間もない時点で、Ｌｏレベルの信号Ｄ４を取得して出力信号Ｑ４を立ち下げるため、Ｔ３＞Ｔ２である必要がある。

以上のようにして生成した出力信号Ｄ４は、遅延回路５３の遅延時間分だけ位相がずれてはいるものの、立ち上がりパルスから立ち下がりパルスまでの間の時間幅は元の信号Ｄ０と同等に保たれているので、ＣＰＵ５４は正しい時比率復調信号を得ることができる。

なお、上記が成立する前提として、立ち上がりパルスＱ１と立ち下がりパルスＱ２は、それぞれ等しい歪み特性で波形がひずんでいる必要がある。これらパルスの歪み方が異なると、これらパルス間の時間幅が元の信号Ｄ０の時比率とは異なるものとなってしまうからである。

＜実施の形態１：まとめ＞
以上のように、本実施形態１に係る車載センサ１０は、時比率変調信号Ｄ０の立ち上がりを示す１ショットパルスＱ１と、立ち下がりを示す１ショットパルスＱ２を、自動車用制御装置５０に送信する。これにより、自動車用制御装置５０は、１ショットパルスＱ１とＱ２を基準にして、遅延回路５２の遅延時間分だけ遅延した時点で、時比率変調信号Ｄ０の立ち上がりと立ち下がりをそれぞれ復元することができる。これにより、伝送経路における波形歪みの影響を抑え、精度よい時比率伝送を実現することが可能となる。

＜実施の形態２＞
図４は、本発明の実施形態２に係る自動車制御システム１００の構成図である。本実施形態２に係る自動車制御システム１００は、実施形態１と構成が一部共通しているため、以下では実施形態１との差異点を中心に説明する。

本実施形態２において、車載センサ１０は、実施形態１で説明した１ショットパルス生成部３０に代えて、エッジ検出部３３を備える。エッジ検出部３３は、時比率変調信号Ｄ０の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの双方を検出し、両者を区別しないエッジ検出パルスとして形成した信号Ｄ２を出力する。

本実施形態２では、時比率変調信号Ｄ０の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジを区別していないため、自動車用制御装置５０は、これらを区別するための遅延回路５２を備える必要はない。

ラッチ回路５３は、出力信号Ｐｏを受信する毎に、出力Ｑ４を反転させてＣＰＵ５４に出力する。そのため、出力Ｑ４は、元の時比率変調信号Ｄ０と同じ波形、またはこれが位相反転した波形となる。ＣＰＵ５４は、動作開始から継続して出力Ｑ４を監視することにより、出力Ｑ４から元の時比率変調信号Ｄ０を復元することができる。

なお、出力Ｑ４が元の時比率変調信号Ｄ０から位相反転しているか否かを判定するためには、例えば車載センサ１０が送信する出力信号Ｐｏは必ず時比率０％〜５０％の範囲内とする旨を、車載センサ１０と自動車用制御装置５０の間で申し合わせておけばよい。この場合、例えば自動車用制御装置５０が時比率６０％の信号Ｑ４を得たときは、時比率４０％の出力信号Ｐｏが位相反転していると解することができる。同様に、出力信号Ｐｏは必ず時比率５０％〜１００％の範囲内とするように申し合わせてもよい。

＜実施の形態２：まとめ＞
以上のように、本実施形態２に係る車載センサ１０は、時比率変調信号Ｄ０の立ち上がりと立ち下がりを起点とする１ショットパルスを、自動車用制御装置５０に送信する。これにより、実施形態１と同様の効果を発揮しつつ、車載センサ１０と自動車用制御装置５０の構成を簡易化することができる。

また、本実施形態２において、出力信号Ｐｏの時比率範囲を車載センサ１０と自動車用制御装置５０の間で申し合わせておくことにより、復元した出力信号Ｄ４が時比率変調信号Ｄ０と同位相であるか反転位相であるかを判別することができる。

＜実施の形態３＞
図５は、本発明の実施形態３に係る自動車制御システム１００の構成図である。本実施形態２に係る自動車制御システム１００は、実施形態１と構成が一部共通しているため、以下では実施形態１との差異点を中心に説明する。

本実施形態３において、車載センサ１０は、実施形態１で説明した構成に加えて、検出回路１、周波数変調回路２１を備える。検出回路１は、当該自動車の物理パラメータを検出し、周波数変調回路２１に出力する。検出回路１は、検出回路２と同じ物理パラメータを検出してもよいし、異なる物理パラメータを検出してもよい。

周波数変調回路２１は、検出回路１が検出した物理パラメータを周波数変調する。１ショットパルス生成部３０に入力される信号Ｄ０は、その周波数が検出回路１の検出した物理パラメータに依存して変化し、その時比率が検出回路２の検出した物理パラメータに依存して変化する。

ＣＰＵ５４は、出力信号Ｑ４を受け取ると、実施形態１で説明した手順により時比率変調信号Ｄ０を復元する。また、周波数復調を実施して、周波数変調回路２１が生成した変調信号を復調することができる。

＜実施の形態３：まとめ＞
以上のように、本実施形態３によれば、実施形態１で説明した効果に加え、検出回路１が検出した物理パラメータを計測することができるので、より多くの情報を精度よく取得することができる。
なお、本実施形態３で説明した検出回路１と周波数変調回路２１は、実施形態２においても用いることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

また、上記各構成、機能、処理部などは、それらの全部または一部を、例えば集積回路で設計することによりハードウェアとして実現することもできるし、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを実行することによりソフトウェアとして実現することもできる。各機能を実現するプログラム、テーブルなどの情報は、メモリやハードディスクなどの記憶装置、ＩＣカード、ＤＶＤなどの記憶媒体に格納することができる。

１〜２：検出回路、１０：車載センサ、２０：時比率変調回路、２１：周波数変調回路、３０：１ショットパルス生成部、３１：立ち上がり１ショットパルス生成部、３２：立ち下がり１ショットパルス生成部、３３：エッジ検出部、４０：出力信号送信部、５０：自動車用制御装置、５１：分周回路、５２：遅延回路、５３：ラッチ回路、５４：ＣＰＵ。

Claims (7)

1. 自動車に搭載される車載センサであって、
   前記自動車を制御するために用いる物理パラメータを検出する検出部と、
   前記検出部が検出した物理パラメータをパルス波形に変調する時比率変調部と、
   前記時比率変調部が生成したパルス波形の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジを起点として立ち上がる１ショットパルスを生成する１ショットパルス生成部と、
   前記１ショットパルスを送信する送信部と、
   を備え、
   前記送信部は、前記１ショットパルスの波形を鈍らせた上で送信し、
   前記１ショットパルス生成部は、
   立ち上がりエッジを検出したときに生成する前記１ショットパルスのパルス幅と、立ち下りエッジを検出したときに生成する前記１ショットパルスのパルス幅とを、互いに異なる幅にセットする
   ことを特徴とする車載センサ。
2. 前記自動車を制御するために用いる物理パラメータを検出する第２検出部と、
   前記検出部が検出した物理パラメータを周波数変調したパルス信号を生成する周波数変調部と、
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の車載センサ。
3. 車載センサが送信した１ショットパルス信号を受信する受信部と、
   前記受信部が受信した前記１ショットパルス信号を分周して値を取得する分周部と、
   前記分周部が前記１ショットパルス信号を分周した結果に基づき前記車載センサが検出した物理パラメータを復元するプロセッサと、
   を備え、
   前記車載センサが送信する信号は矩形波を鈍らせた信号であり、
   前記プロセッサは、
   前記分周部が前記１ショットパルス信号を分周した時点において立ち上がり、または立ち下がるパルス信号を、前記車載センサが検出した物理パラメータを表すパルス信号として復元する
   ことを特徴とする自動車用制御装置。
4. 前記車載センサが送信した１ショットパルス信号を前記受信部が受信してから前記分周部がその１ショットパルス信号を分周するまでの間に所定の遅延時間を生じさせる遅延部を備え、
   前記受信部は、
   前記車載センサが検出した物理パラメータを表すパルス信号の立ち上がりに対応する前記１ショットパルス信号と、前記パルス信号の立ち下がりに対応する前記１ショットパルス信号とを受信し、
   前記遅延時間は、
   前記パルス信号の立ち上がりに対応する前記１ショットパルス信号のパルス幅と、前記パルス信号の立ち下がりに対応する前記１ショットパルス信号のパルス幅との間の長さにセットされており、
   前記プロセッサは、
   前記車載センサが送信した１ショットパルス信号を前記受信部が受信してから前記遅延時間が経過した時点で前記分周部が分周した前記１ショットパルスが立ち上がっている場合は、前記復元するパルス信号をその時点において立ち上げ、
   前記車載センサが送信した１ショットパルス信号を前記受信部が受信してから前記遅延時間が経過した時点で前記分周部が分周した前記１ショットパルスが立ち上がっていない場合は、前記復元するパルス信号をその時点において立ち下げる
   ことを特徴とする請求項３記載の自動車用制御装置。
5. 前記受信部は、前記車載センサが送信する周波数変調された信号を受信し、
   前記プロセッサは、前記周波数変調された信号を復調する
   ことを特徴とする請求項３または４記載の自動車用制御装置。
6. 請求項１記載の車載センサと、
   請求項３記載の自動車用制御装置と、
   を備えたことを特徴とする自動車制御システム。
7. 請求項１記載の車載センサと、
   請求項４記載の自動車用制御装置と、
   を備えたことを特徴とする自動車制御システム。

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